一种水下机器人推进器容错系统的制作方法

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下机器人推进器容错机制，该容错机制是一种自动化、智能化的水下机器人主机容错装置。

背景技术：

当前，由于海洋深处工况的复杂性和难以预测性，无人水下机器人在深海作业时，一旦出现故障，将会面临无法顺利完成水下作业任务以及自身无法回收等严峻问题，为水下机器人的推广应用带来了很大阻碍。因此，水下机器人的可靠性保障研究显得非常关键，它的故障诊断与容错研究就是水下机器人技术研究的热点领域之一，其对自身状态的自主诊断和容错的能力是体现其智能水平的重要因素，也是auv安全完成使命任务的有力保障。

容错控制思想产生的标志是1971年niederlinski对完整性控制概念的提出。在系统发生故障时，除了进行修复外，可真正提高系统安全性和可靠性的途径是容错控制技术。

其中，冗余是容错技术实现的最核心的手段和方法，也是实现容错的前提因素，如何充分利用冗余来实现容错目标是容错控制技术研究、设计的关键。容错控制器的设计主要分为硬件冗余和软件冗余(解析冗余)两种方法。硬件冗余主要是增加系统关键部件及故障频发部件的数量，即通过硬件的重复布置来获得容错能力。软件冗余(解析冗余)主要是利用系统内部存在的解析关系，通过解析方式表示的系统数学模型来产生冗余的信号，或者使用多个不同软件执行同一功能，利用软件设计差异来实现容错。

硬件冗余的优点是便于设计、实现简单，但是，过度的硬件冗余会增加机舱区的舱容大小，不但影响水下机器人的布局、浮态调整，也会增加制造、维修成本。所以，为了配合硬件冗余，高等级水下机器人冗余研究还应辅以软件冗余(解析冗余)。这种方式的优点是成本低，但对容错控制算法的设计要求较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种水下机器人推进器容错系统。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种水下机器人推进器容错系统，包括电子调速器和用于提供推进器驱动力的伺服电机，电子调速器分别连中央控制系统模块和伺服电机；所述伺服电机有两个，分别为主伺服电机和辅伺服电机；主伺服电机和辅伺服电机通过各自配合的电磁离合器接至一个双入单出的并车齿轮箱；在主伺服电机和辅伺服电机上分别设置用于监测电机转速的接近开关，两个接近开关均与电机检测模块相接；电机检测模块通过导线分别接至两个电磁离合器，以及向两个伺服电机供电的电源；设置在辅伺服电机上的接近开关还通过导线接至应急监控模块，应急监控模块通过导线与回收控制模块相接。

本发明中，所述中央控制系统模块是单片机、中央处理器或者是智能处理终端。

本发明中，所述电机检测模块还与故障报警模块相接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、具有可操作性强、舱容占用小、布置方便、可推广性强等优点，能够较好的实现硬件层面的主机故障自检、警报和自动容错功能。

2、该系统仅针对主推进器进行冗余设置，有效避免了过度硬件冗余带来的负面影响，同时和后期在此基础上设置的软件冗余系统能够实现较好的合作容错关系。

附图说明

图1为本发明中推进器容错系统流程图。

图2为并车齿轮箱示意图。

图2中的附图标记：(主输入端的)电磁离合器1、(辅输入端的)电磁离合器2、主输入端3、辅输入端4、输出端5。

具体实施方式

首先需要强调的是，本发明所述各模块均为电路逻辑的集合，而非虚拟功能模块。其具体实现是本领域常见技术手段，本领域技术人员通过对本发明的阅读，根据其掌握的常规技术手段完全可以再现。本发明中不存在任何方法特征，即便在没有电路图的基础上本领域也是可以实施的。

如图1所示，本发明中的水下机器人推进器容错系统，包括电子调速器和用于提供推进器驱动力的伺服电机，电子调速器分别连中央控制系统模块和伺服电机。中央控制系统模块可以是单片机、中央处理器或者是智能处理终端中的任意一种，用于实现对水下机器人推进器运行过程的控制，还可以进一步实现水下机器人作业操作的控制。

本发明中的伺服电机有两个，分别为主伺服电机和辅伺服电机。主伺服电机和辅伺服电机通过各自配合的电磁离合器接至一个双入单出的并车齿轮箱；在主伺服电机和辅伺服电机上分别设置用于监测电机转速的接近开关，两个接近开关均与电机检测模块相接；电机检测模块通过导线分别接至两个电磁离合器，以及用于向两个伺服电机供电的电源，电机检测模块还与故障报警模块相接。设置在辅伺服电机上的接近开关还通过导线接至应急监控模块，应急监控模块通过导线与回收控制模块相接。

本发明中并车齿轮箱的结构示意如图2所示。主输入端的电磁离合器1与辅输入端的电磁离合器2并联设置，通过并车齿轮箱的主输入端3和辅输入端4实现双入单出，由输出端5提供推进器的驱动力。

本发明所述水下机器人推进器容错系统的运作方式具体描述如下：

初始状态时，在接收到来自于中央控制系统模块的上层结构的指令之后，由电子调速器将调速命令信号同时输送到主伺服电机和辅伺服电机。正常工作情况下，主伺服电机处于通电状态，辅伺服电机处于断电状态。相应地，与主伺服电机相连接的电磁离合器处于通电状态，而与辅伺服电机相连接的电磁离合器处于断电状态。在初始状态下，与主伺服电机相连的单列结构正常作业，与辅伺服电机相连的单列结构处于待机状态。

在电子调速器向伺服电机发出非零信号后，电机检测模块开始工作。设于主伺服电机上的接近开关监测主伺服电机转速，并将检测数据传送至电机检测模块进行残差分析。当残差数值高于设定阈值的持续时间达到3s时，电机检测模块发出指令信号：断开主伺服电机的电源供应、停止主伺服电机所对应的电磁离合器运行；同时，导通辅伺服电机的电源供应、启动辅伺服电机所对应的电磁离合器；并且导通故障报警模块，发出伺服电机运行故障警报。

此后，电机检测模块转而监测辅伺服电机的运转情况。当辅伺服电机开始运行，且对应的接近开关监测辅伺服电机转速并首次输出时，与接近开关连接的应急监控模块同时开始运行。如辅伺服电机出现故障，电机检测模块发出指令信号，断开辅伺服电机电源供应、停止辅伺服电机所对应的电磁离合器运行。同时，应急监控模块向回收控制模块发出信号，由回收控制模块根据预设的运行程序进行水下机器人的回收作业。

技术特征：

技术总结
本发明涉及水下机器人技术领域，旨在提供一种水下机器人推进器容错系统。该系统包括电子调速器和两个伺服电机，电子调速器分别连中央控制系统模块和伺服电机；伺服电机通过各自配合的电磁离合器接至一个双入单出的并车齿轮箱；在伺服电机上分别设置用于监测电机转速的接近开关，两个接近开关均与电机检测模块相接；电机检测模块通过导线分别接至两个电磁离合器，以及向两个伺服电机供电的电源；设置在辅伺服电机上的接近开关还通过导线接至应急监控模块，应急监控模块通过导线与回收控制模块相接。本发明具有可操作性强、舱容占用小、布置方便、可推广性强等优点，能够较好的实现硬件层面的主机故障自检、警报和自动容错功能。

技术研发人员：冀大雄;辜立忠;宋伟;朱世强;邓志
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2017.06.19
技术公布日：2017.09.15